萬(wàn)生太

摘 要：介紹了鐵路保溫罐車及罐車保溫層的發(fā)展?fàn)顩r和GHB-55K型不銹鋼保溫鐵道罐車罐體保溫層的研發(fā)背景。提出罐體保溫性能的要求，通過(guò)分析、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算論證了保溫層的結(jié)構(gòu)及保溫層材質(zhì)的選取的合理性和安全性。同進(jìn)針對(duì)保溫層制造提出了合理的方案。

關(guān)鍵詞：罐車 保溫層 性能 結(jié)構(gòu) 強(qiáng)度分析 制造

中圖分類號(hào)： U272.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）03（a）-0023-02

鐵路保溫罐車是鐵路罐車的一種。隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，化工產(chǎn)品種類和運(yùn)量的增加，它的主要運(yùn)輸設(shè)備—鐵路貨車的種類也在不斷增加。國(guó)外鐵路保溫罐車的發(fā)展史比較早，從罐體保溫層的結(jié)構(gòu)到保溫層的材料都有比較成熟的經(jīng)驗(yàn)，但隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展保溫罐車功能的不足之處還有待進(jìn)一步研發(fā)、改進(jìn)。國(guó)內(nèi)鐵路保溫罐車是從1968年首臺(tái)瀝青鐵路罐車保溫罐體的研制開(kāi)始的，目前國(guó)內(nèi)保溫罐車從罐體的保溫結(jié)構(gòu)上分主要有二大類，第一類是罐體外部采用全封閉型保溫外殼，罐體與保溫外殼通過(guò)支撐骨架聯(lián)接，罐體與保溫外殼之間填充保溫層。滿足貨物在一定運(yùn)輸區(qū)間和時(shí)間內(nèi)冬季不上凍以及夏季隔熱的需要。第二類是罐體內(nèi)有內(nèi)膽的雙層罐體結(jié)構(gòu)，內(nèi)、外罐體之間填充保溫層，形成了三明治層的結(jié)構(gòu)。主要是滿足運(yùn)輸?shù)蜏匾簯B(tài)有保溫（冷）要求的化工介質(zhì)的需求。GHB-55K型不銹鋼保溫鐵道罐車罐體的保溫層的研發(fā)是在總結(jié)多年來(lái)鐵路保溫罐車運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有鐵路保溫罐車罐體保溫層的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)進(jìn)行研究和分析而進(jìn)行設(shè)計(jì)的，提高了罐體的保溫性能，滿足用戶和市場(chǎng)的需求。

1 罐體保溫性能的要求

GHB-55K型不銹鋼保溫鐵道罐車裝運(yùn)丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯等介質(zhì)。介質(zhì)裝車溫度為25 ℃，滿足盛裝介質(zhì)在最惡劣的環(huán)境條件下，在250h內(nèi)的運(yùn)輸過(guò)程中溫升不超過(guò)10 ℃。保證介質(zhì)在特定溫范圍內(nèi)、常壓狀態(tài)下的鐵路運(yùn)輸。

2 罐體保溫層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于裝運(yùn)介質(zhì)對(duì)溫度要求比較苛刻，同時(shí)考慮介質(zhì)的特性，罐體保溫層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在吸收借鑒以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，隔熱形式亦采用夾層式結(jié)構(gòu)，內(nèi)罐體采用不銹鋼，外罐體采用低合金鋼，內(nèi)、外罐體間不設(shè)金屬連接，無(wú)熱橋，在內(nèi)、外罐體間澆注硬質(zhì)聚氨酯泡塑料，保溫層厚度為244 mm。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 保溫層材料的選擇取

用于夾層式保溫結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，既要滿足保溫的要求，又要滿足承受罐體重量、介質(zhì)重量和罐車因沖擊引起的載荷作用的要求。除要求具有較小的導(dǎo)熱系數(shù)和較高的力學(xué)性能外，還要求材料具有耐油、耐熱、耐寒、抗震、隔音和阻火的性能，材料有較小的容重和吸水性，由于材料為現(xiàn)場(chǎng)澆注發(fā)泡，要求具有良好的澆注工藝性能。由于聚氨酯泡沫塑料密度增大了，導(dǎo)熱系數(shù)就增大，因此通過(guò)對(duì)保溫層澆注工藝進(jìn)行試樣分析和性能測(cè)試[1]。確定保溫隔熱材料的物性指標(biāo)[2]必須滿足下列要求：

a.容 重：30～60 kg/m3 ；

b.導(dǎo)熱系數(shù)：≤0.025 kcal/（m·h·℃）

c.抗拉強(qiáng)度：≥ 0.15 MPa；

d.抗壓強(qiáng)度：≥ 0.20 MPa；

e.抗剪強(qiáng)度：≥ 0.20 MPa；

f.Gd（抗拉彈性模數(shù)）=12 kgf/cm2；

g.Ed（抗剪彈性模數(shù)）=43 kgf/cm2；

h.剝離強(qiáng)度（與金屬）：≥0.20 MPa。

i.閉孔率：≥95%

j.吸水率：V/V≤3%

k.燃燒性：符合GB/T8624-1997中 B1級(jí)

l.適用溫度：-40～150 ℃

4 保溫層的強(qiáng)度分析

由于內(nèi)、外罐體間無(wú)任何金屬連接，內(nèi)罐體和介質(zhì)的垂向載荷以及運(yùn)行中的沖擊載荷均由保溫層承擔(dān)，因此在保溫層強(qiáng)度分析時(shí)考慮保溫層受到的垂向載荷和縱向沖擊載荷。

計(jì)算時(shí)假定：聚氨酯硬泡塑料在垂直載荷、縱向沖擊載荷作用下處于彈性變形。材料拉壓彈性模數(shù)相等。

τd/σd=τd/σd（保溫層抗剪應(yīng)力/抗壓應(yīng)力=（Gd/Ed）*（tp1/tp2）=0.28（按封頭與筒體相交處變形相同。）

a）垂直總載荷中內(nèi)罐體載重和內(nèi)罐體的重量以慣性力的方式作用于保溫層上，載重以面力的方式垂直作用于保溫層內(nèi)壁上。受力如圖2示（圖中長(zhǎng)度單位為cm）：

垂向總載荷[3]Qc=Qj+Qd=2*D*L*σd +2*π*D2τd則保溫層抗壓應(yīng)力σd=Qc/（2*D*L+2*π*D2τd/σd）

式中Qj（垂直靜載荷）=內(nèi)罐體自重+載重=52250Kg；Qd（垂直動(dòng)載荷）= βd*Qj=30410Kg（βd為動(dòng)載荷系數(shù)=0.582）；

校核結(jié)果：σd=Qc/（2*D*L+2*π *D2τd/σd）=0.142 kgf/cm2﹤[σd]（材料許用抗壓強(qiáng)度[σd]=0.2 kgf/cm2）

τd =（τd/σd）σd=0.04﹤[τd] （材料許用剪切強(qiáng)度 [τd]=0.2 kgf/cm2）

b）運(yùn)行中的縱向沖擊載荷作用于保溫層的封頭上。受力如圖3示（圖中長(zhǎng)度單位為cm）：

縱向沖擊載荷[3]QG=PG*G/（G+T）則保溫層抗壓應(yīng)力σd=QG/（2*π/4*D2+π*D*L*τd/σd）式中PG=2250KN

（文獻(xiàn)[7]中第二工況）；G=47300kg（罐車載重）；T=32500Kg（罐體自重）；

校核結(jié)果：σd=QG/（2*π/4*D2+ π*D*L*τd/σd）=0.405 Kgf/cm2﹤[σd]（材料許用抗壓強(qiáng)度[σd]=0.2Kgf/cm2）

τd=（τd/σd）σd=0.113﹤[τd]（材料許用剪切強(qiáng)度 [τd]=0.2 kgf/cm2）

通過(guò)保溫層強(qiáng)度校核，當(dāng)保溫層厚為244 mm時(shí)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

5 保溫層的制造

設(shè)計(jì)中采用了雙層罐體中間填充保溫材料，雙層罐體無(wú)金屬連接的結(jié)構(gòu)，在罐體制造中實(shí)現(xiàn)這種特殊結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)是如何保證保溫材料均勻的填充滿內(nèi)、外罐體的空間。在罐體組對(duì)中先組對(duì)內(nèi)、外筒體，采用支撐環(huán)定位，在內(nèi)、外筒體的中部澆筑一定長(zhǎng)度的保溫材料，內(nèi)、外筒體定位后拆去支撐環(huán)再組對(duì)內(nèi)、外封頭。通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定了外罐體筒體和封頭頂部開(kāi)澆注口的數(shù)量和位置，通過(guò)合理的制作工藝，保證了夾層式保溫結(jié)構(gòu)的罐體制作質(zhì)量。

6 結(jié)語(yǔ)

GHB-55K型不銹鋼保溫鐵道罐車罐體保溫層結(jié)構(gòu)合理，保溫性能優(yōu)良，達(dá)到國(guó)內(nèi)鐵路罐車保溫技術(shù)的先進(jìn)水平。攻克了乙烯燃生物介質(zhì)鐵路運(yùn)輸?shù)碾y關(guān)，促進(jìn)我國(guó)乙烯燃生物工業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] GB/T8813-2008硬質(zhì)泡沫塑料壓縮性能的測(cè)定（ISO844：2004 IDT）[S].中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)頒布，2008.

[2] GB/T21558-2008建筑物隔熱用硬質(zhì)聚氯酯泡沫塑料[S].中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)頒布，2008.

[3] TB/T1335-1996鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范[S].中華人民共和國(guó)鐵道部發(fā)布，1996.endprint

摘 要：介紹了鐵路保溫罐車及罐車保溫層的發(fā)展?fàn)顩r和GHB-55K型不銹鋼保溫鐵道罐車罐體保溫層的研發(fā)背景。提出罐體保溫性能的要求，通過(guò)分析、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算論證了保溫層的結(jié)構(gòu)及保溫層材質(zhì)的選取的合理性和安全性。同進(jìn)針對(duì)保溫層制造提出了合理的方案。

關(guān)鍵詞：罐車 保溫層 性能 結(jié)構(gòu) 強(qiáng)度分析 制造

中圖分類號(hào)： U272.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）03（a）-0023-02

鐵路保溫罐車是鐵路罐車的一種。隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，化工產(chǎn)品種類和運(yùn)量的增加，它的主要運(yùn)輸設(shè)備—鐵路貨車的種類也在不斷增加。國(guó)外鐵路保溫罐車的發(fā)展史比較早，從罐體保溫層的結(jié)構(gòu)到保溫層的材料都有比較成熟的經(jīng)驗(yàn)，但隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展保溫罐車功能的不足之處還有待進(jìn)一步研發(fā)、改進(jìn)。國(guó)內(nèi)鐵路保溫罐車是從1968年首臺(tái)瀝青鐵路罐車保溫罐體的研制開(kāi)始的，目前國(guó)內(nèi)保溫罐車從罐體的保溫結(jié)構(gòu)上分主要有二大類，第一類是罐體外部采用全封閉型保溫外殼，罐體與保溫外殼通過(guò)支撐骨架聯(lián)接，罐體與保溫外殼之間填充保溫層。滿足貨物在一定運(yùn)輸區(qū)間和時(shí)間內(nèi)冬季不上凍以及夏季隔熱的需要。第二類是罐體內(nèi)有內(nèi)膽的雙層罐體結(jié)構(gòu)，內(nèi)、外罐體之間填充保溫層，形成了三明治層的結(jié)構(gòu)。主要是滿足運(yùn)輸?shù)蜏匾簯B(tài)有保溫（冷）要求的化工介質(zhì)的需求。GHB-55K型不銹鋼保溫鐵道罐車罐體的保溫層的研發(fā)是在總結(jié)多年來(lái)鐵路保溫罐車運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有鐵路保溫罐車罐體保溫層的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)進(jìn)行研究和分析而進(jìn)行設(shè)計(jì)的，提高了罐體的保溫性能，滿足用戶和市場(chǎng)的需求。

1 罐體保溫性能的要求

GHB-55K型不銹鋼保溫鐵道罐車裝運(yùn)丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯等介質(zhì)。介質(zhì)裝車溫度為25 ℃，滿足盛裝介質(zhì)在最惡劣的環(huán)境條件下，在250h內(nèi)的運(yùn)輸過(guò)程中溫升不超過(guò)10 ℃。保證介質(zhì)在特定溫范圍內(nèi)、常壓狀態(tài)下的鐵路運(yùn)輸。

2 罐體保溫層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于裝運(yùn)介質(zhì)對(duì)溫度要求比較苛刻，同時(shí)考慮介質(zhì)的特性，罐體保溫層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在吸收借鑒以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，隔熱形式亦采用夾層式結(jié)構(gòu)，內(nèi)罐體采用不銹鋼，外罐體采用低合金鋼，內(nèi)、外罐體間不設(shè)金屬連接，無(wú)熱橋，在內(nèi)、外罐體間澆注硬質(zhì)聚氨酯泡塑料，保溫層厚度為244 mm。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 保溫層材料的選擇取

用于夾層式保溫結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，既要滿足保溫的要求，又要滿足承受罐體重量、介質(zhì)重量和罐車因沖擊引起的載荷作用的要求。除要求具有較小的導(dǎo)熱系數(shù)和較高的力學(xué)性能外，還要求材料具有耐油、耐熱、耐寒、抗震、隔音和阻火的性能，材料有較小的容重和吸水性，由于材料為現(xiàn)場(chǎng)澆注發(fā)泡，要求具有良好的澆注工藝性能。由于聚氨酯泡沫塑料密度增大了，導(dǎo)熱系數(shù)就增大，因此通過(guò)對(duì)保溫層澆注工藝進(jìn)行試樣分析和性能測(cè)試[1]。確定保溫隔熱材料的物性指標(biāo)[2]必須滿足下列要求：

a.容 重：30～60 kg/m3 ；

b.導(dǎo)熱系數(shù)：≤0.025 kcal/（m·h·℃）

c.抗拉強(qiáng)度：≥ 0.15 MPa；

d.抗壓強(qiáng)度：≥ 0.20 MPa；

e.抗剪強(qiáng)度：≥ 0.20 MPa；

f.Gd（抗拉彈性模數(shù)）=12 kgf/cm2；

g.Ed（抗剪彈性模數(shù)）=43 kgf/cm2；

h.剝離強(qiáng)度（與金屬）：≥0.20 MPa。

i.閉孔率：≥95%

j.吸水率：V/V≤3%

k.燃燒性：符合GB/T8624-1997中 B1級(jí)

l.適用溫度：-40～150 ℃

4 保溫層的強(qiáng)度分析

由于內(nèi)、外罐體間無(wú)任何金屬連接，內(nèi)罐體和介質(zhì)的垂向載荷以及運(yùn)行中的沖擊載荷均由保溫層承擔(dān)，因此在保溫層強(qiáng)度分析時(shí)考慮保溫層受到的垂向載荷和縱向沖擊載荷。

計(jì)算時(shí)假定：聚氨酯硬泡塑料在垂直載荷、縱向沖擊載荷作用下處于彈性變形。材料拉壓彈性模數(shù)相等。

τd/σd=τd/σd（保溫層抗剪應(yīng)力/抗壓應(yīng)力=（Gd/Ed）*（tp1/tp2）=0.28（按封頭與筒體相交處變形相同。）

a）垂直總載荷中內(nèi)罐體載重和內(nèi)罐體的重量以慣性力的方式作用于保溫層上，載重以面力的方式垂直作用于保溫層內(nèi)壁上。受力如圖2示（圖中長(zhǎng)度單位為cm）：

垂向總載荷[3]Qc=Qj+Qd=2*D*L*σd +2*π*D2τd則保溫層抗壓應(yīng)力σd=Qc/（2*D*L+2*π*D2τd/σd）

式中Qj（垂直靜載荷）=內(nèi)罐體自重+載重=52250Kg；Qd（垂直動(dòng)載荷）= βd*Qj=30410Kg（βd為動(dòng)載荷系數(shù)=0.582）；

校核結(jié)果：σd=Qc/（2*D*L+2*π *D2τd/σd）=0.142 kgf/cm2﹤[σd]（材料許用抗壓強(qiáng)度[σd]=0.2 kgf/cm2）

τd =（τd/σd）σd=0.04﹤[τd] （材料許用剪切強(qiáng)度 [τd]=0.2 kgf/cm2）

b）運(yùn)行中的縱向沖擊載荷作用于保溫層的封頭上。受力如圖3示（圖中長(zhǎng)度單位為cm）：

縱向沖擊載荷[3]QG=PG*G/（G+T）則保溫層抗壓應(yīng)力σd=QG/（2*π/4*D2+π*D*L*τd/σd）式中PG=2250KN

（文獻(xiàn)[7]中第二工況）；G=47300kg（罐車載重）；T=32500Kg（罐體自重）；

校核結(jié)果：σd=QG/（2*π/4*D2+ π*D*L*τd/σd）=0.405 Kgf/cm2﹤[σd]（材料許用抗壓強(qiáng)度[σd]=0.2Kgf/cm2）

τd=（τd/σd）σd=0.113﹤[τd]（材料許用剪切強(qiáng)度 [τd]=0.2 kgf/cm2）

通過(guò)保溫層強(qiáng)度校核，當(dāng)保溫層厚為244 mm時(shí)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

5 保溫層的制造

設(shè)計(jì)中采用了雙層罐體中間填充保溫材料，雙層罐體無(wú)金屬連接的結(jié)構(gòu)，在罐體制造中實(shí)現(xiàn)這種特殊結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)是如何保證保溫材料均勻的填充滿內(nèi)、外罐體的空間。在罐體組對(duì)中先組對(duì)內(nèi)、外筒體，采用支撐環(huán)定位，在內(nèi)、外筒體的中部澆筑一定長(zhǎng)度的保溫材料，內(nèi)、外筒體定位后拆去支撐環(huán)再組對(duì)內(nèi)、外封頭。通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定了外罐體筒體和封頭頂部開(kāi)澆注口的數(shù)量和位置，通過(guò)合理的制作工藝，保證了夾層式保溫結(jié)構(gòu)的罐體制作質(zhì)量。

6 結(jié)語(yǔ)

GHB-55K型不銹鋼保溫鐵道罐車罐體保溫層結(jié)構(gòu)合理，保溫性能優(yōu)良，達(dá)到國(guó)內(nèi)鐵路罐車保溫技術(shù)的先進(jìn)水平。攻克了乙烯燃生物介質(zhì)鐵路運(yùn)輸?shù)碾y關(guān)，促進(jìn)我國(guó)乙烯燃生物工業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] GB/T8813-2008硬質(zhì)泡沫塑料壓縮性能的測(cè)定（ISO844：2004 IDT）[S].中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)頒布，2008.

[2] GB/T21558-2008建筑物隔熱用硬質(zhì)聚氯酯泡沫塑料[S].中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)頒布，2008.

[3] TB/T1335-1996鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范[S].中華人民共和國(guó)鐵道部發(fā)布，1996.endprint

摘 要：介紹了鐵路保溫罐車及罐車保溫層的發(fā)展?fàn)顩r和GHB-55K型不銹鋼保溫鐵道罐車罐體保溫層的研發(fā)背景。提出罐體保溫性能的要求，通過(guò)分析、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算論證了保溫層的結(jié)構(gòu)及保溫層材質(zhì)的選取的合理性和安全性。同進(jìn)針對(duì)保溫層制造提出了合理的方案。

關(guān)鍵詞：罐車 保溫層 性能 結(jié)構(gòu) 強(qiáng)度分析 制造

中圖分類號(hào)： U272.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）03（a）-0023-02

鐵路保溫罐車是鐵路罐車的一種。隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，化工產(chǎn)品種類和運(yùn)量的增加，它的主要運(yùn)輸設(shè)備—鐵路貨車的種類也在不斷增加。國(guó)外鐵路保溫罐車的發(fā)展史比較早，從罐體保溫層的結(jié)構(gòu)到保溫層的材料都有比較成熟的經(jīng)驗(yàn)，但隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展保溫罐車功能的不足之處還有待進(jìn)一步研發(fā)、改進(jìn)。國(guó)內(nèi)鐵路保溫罐車是從1968年首臺(tái)瀝青鐵路罐車保溫罐體的研制開(kāi)始的，目前國(guó)內(nèi)保溫罐車從罐體的保溫結(jié)構(gòu)上分主要有二大類，第一類是罐體外部采用全封閉型保溫外殼，罐體與保溫外殼通過(guò)支撐骨架聯(lián)接，罐體與保溫外殼之間填充保溫層。滿足貨物在一定運(yùn)輸區(qū)間和時(shí)間內(nèi)冬季不上凍以及夏季隔熱的需要。第二類是罐體內(nèi)有內(nèi)膽的雙層罐體結(jié)構(gòu)，內(nèi)、外罐體之間填充保溫層，形成了三明治層的結(jié)構(gòu)。主要是滿足運(yùn)輸?shù)蜏匾簯B(tài)有保溫（冷）要求的化工介質(zhì)的需求。GHB-55K型不銹鋼保溫鐵道罐車罐體的保溫層的研發(fā)是在總結(jié)多年來(lái)鐵路保溫罐車運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有鐵路保溫罐車罐體保溫層的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)進(jìn)行研究和分析而進(jìn)行設(shè)計(jì)的，提高了罐體的保溫性能，滿足用戶和市場(chǎng)的需求。

1 罐體保溫性能的要求

GHB-55K型不銹鋼保溫鐵道罐車裝運(yùn)丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯等介質(zhì)。介質(zhì)裝車溫度為25 ℃，滿足盛裝介質(zhì)在最惡劣的環(huán)境條件下，在250h內(nèi)的運(yùn)輸過(guò)程中溫升不超過(guò)10 ℃。保證介質(zhì)在特定溫范圍內(nèi)、常壓狀態(tài)下的鐵路運(yùn)輸。

2 罐體保溫層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于裝運(yùn)介質(zhì)對(duì)溫度要求比較苛刻，同時(shí)考慮介質(zhì)的特性，罐體保溫層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在吸收借鑒以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，隔熱形式亦采用夾層式結(jié)構(gòu)，內(nèi)罐體采用不銹鋼，外罐體采用低合金鋼，內(nèi)、外罐體間不設(shè)金屬連接，無(wú)熱橋，在內(nèi)、外罐體間澆注硬質(zhì)聚氨酯泡塑料，保溫層厚度為244 mm。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 保溫層材料的選擇取

用于夾層式保溫結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，既要滿足保溫的要求，又要滿足承受罐體重量、介質(zhì)重量和罐車因沖擊引起的載荷作用的要求。除要求具有較小的導(dǎo)熱系數(shù)和較高的力學(xué)性能外，還要求材料具有耐油、耐熱、耐寒、抗震、隔音和阻火的性能，材料有較小的容重和吸水性，由于材料為現(xiàn)場(chǎng)澆注發(fā)泡，要求具有良好的澆注工藝性能。由于聚氨酯泡沫塑料密度增大了，導(dǎo)熱系數(shù)就增大，因此通過(guò)對(duì)保溫層澆注工藝進(jìn)行試樣分析和性能測(cè)試[1]。確定保溫隔熱材料的物性指標(biāo)[2]必須滿足下列要求：

a.容 重：30～60 kg/m3 ；

b.導(dǎo)熱系數(shù)：≤0.025 kcal/（m·h·℃）

c.抗拉強(qiáng)度：≥ 0.15 MPa；

d.抗壓強(qiáng)度：≥ 0.20 MPa；

e.抗剪強(qiáng)度：≥ 0.20 MPa；

f.Gd（抗拉彈性模數(shù)）=12 kgf/cm2；

g.Ed（抗剪彈性模數(shù)）=43 kgf/cm2；

h.剝離強(qiáng)度（與金屬）：≥0.20 MPa。

i.閉孔率：≥95%

j.吸水率：V/V≤3%

k.燃燒性：符合GB/T8624-1997中 B1級(jí)

l.適用溫度：-40～150 ℃

4 保溫層的強(qiáng)度分析

由于內(nèi)、外罐體間無(wú)任何金屬連接，內(nèi)罐體和介質(zhì)的垂向載荷以及運(yùn)行中的沖擊載荷均由保溫層承擔(dān)，因此在保溫層強(qiáng)度分析時(shí)考慮保溫層受到的垂向載荷和縱向沖擊載荷。

計(jì)算時(shí)假定：聚氨酯硬泡塑料在垂直載荷、縱向沖擊載荷作用下處于彈性變形。材料拉壓彈性模數(shù)相等。

τd/σd=τd/σd（保溫層抗剪應(yīng)力/抗壓應(yīng)力=（Gd/Ed）*（tp1/tp2）=0.28（按封頭與筒體相交處變形相同。）

a）垂直總載荷中內(nèi)罐體載重和內(nèi)罐體的重量以慣性力的方式作用于保溫層上，載重以面力的方式垂直作用于保溫層內(nèi)壁上。受力如圖2示（圖中長(zhǎng)度單位為cm）：

垂向總載荷[3]Qc=Qj+Qd=2*D*L*σd +2*π*D2τd則保溫層抗壓應(yīng)力σd=Qc/（2*D*L+2*π*D2τd/σd）

式中Qj（垂直靜載荷）=內(nèi)罐體自重+載重=52250Kg；Qd（垂直動(dòng)載荷）= βd*Qj=30410Kg（βd為動(dòng)載荷系數(shù)=0.582）；

校核結(jié)果：σd=Qc/（2*D*L+2*π *D2τd/σd）=0.142 kgf/cm2﹤[σd]（材料許用抗壓強(qiáng)度[σd]=0.2 kgf/cm2）

τd =（τd/σd）σd=0.04﹤[τd] （材料許用剪切強(qiáng)度 [τd]=0.2 kgf/cm2）

b）運(yùn)行中的縱向沖擊載荷作用于保溫層的封頭上。受力如圖3示（圖中長(zhǎng)度單位為cm）：

縱向沖擊載荷[3]QG=PG*G/（G+T）則保溫層抗壓應(yīng)力σd=QG/（2*π/4*D2+π*D*L*τd/σd）式中PG=2250KN

（文獻(xiàn)[7]中第二工況）；G=47300kg（罐車載重）；T=32500Kg（罐體自重）；

校核結(jié)果：σd=QG/（2*π/4*D2+ π*D*L*τd/σd）=0.405 Kgf/cm2﹤[σd]（材料許用抗壓強(qiáng)度[σd]=0.2Kgf/cm2）

τd=（τd/σd）σd=0.113﹤[τd]（材料許用剪切強(qiáng)度 [τd]=0.2 kgf/cm2）

通過(guò)保溫層強(qiáng)度校核，當(dāng)保溫層厚為244 mm時(shí)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

5 保溫層的制造

設(shè)計(jì)中采用了雙層罐體中間填充保溫材料，雙層罐體無(wú)金屬連接的結(jié)構(gòu)，在罐體制造中實(shí)現(xiàn)這種特殊結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)是如何保證保溫材料均勻的填充滿內(nèi)、外罐體的空間。在罐體組對(duì)中先組對(duì)內(nèi)、外筒體，采用支撐環(huán)定位，在內(nèi)、外筒體的中部澆筑一定長(zhǎng)度的保溫材料，內(nèi)、外筒體定位后拆去支撐環(huán)再組對(duì)內(nèi)、外封頭。通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定了外罐體筒體和封頭頂部開(kāi)澆注口的數(shù)量和位置，通過(guò)合理的制作工藝，保證了夾層式保溫結(jié)構(gòu)的罐體制作質(zhì)量。

6 結(jié)語(yǔ)

GHB-55K型不銹鋼保溫鐵道罐車罐體保溫層結(jié)構(gòu)合理，保溫性能優(yōu)良，達(dá)到國(guó)內(nèi)鐵路罐車保溫技術(shù)的先進(jìn)水平。攻克了乙烯燃生物介質(zhì)鐵路運(yùn)輸?shù)碾y關(guān)，促進(jìn)我國(guó)乙烯燃生物工業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] GB/T8813-2008硬質(zhì)泡沫塑料壓縮性能的測(cè)定（ISO844：2004 IDT）[S].中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)頒布，2008.

[2] GB/T21558-2008建筑物隔熱用硬質(zhì)聚氯酯泡沫塑料[S].中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)頒布，2008.

[3] TB/T1335-1996鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范[S].中華人民共和國(guó)鐵道部發(fā)布，1996.endprint